Ученые добились таких невероятных результатов при помощи сканирующего тоннельного микроскопа (СТМ) и набора результатов стандартного эксперимента, которые не имели смысла: увеличение электрического тока не приводило к ускоренной реакции, как обычно происходит в ходе аналогичных лабораторных испытаний.
Исследователи из Батского университета копнули глубже — и обнаружили, что наткнулись на способ контроля над отдельными молекулами посредством приближения кончика СТМ к изучаемой молекуле. Это может дать новые возможности для наномасштабных экспериментов и открытий. Результаты их исследования опубликованы в журнале Science.
«Наша работа предлагает новый путь к контролю над отдельными молекулами и их реакцией, — рассказывает физик Питер Слоун. — По сути, у нас есть новый набор, который мы можем установить в ходе нашего эксперимента. Экстремальная природа работы на таких масштабах осложняет весь процесс, но у нас есть высочайшее разрешение и воспроизводимость благодаря этой технике».
Обычно СТМ используют для создания очень точных двухмерных или трехмерных изображений поверхности на атомном уровне путем ее сканирования кончиком электрического зонда. В экспериментах, проведенных в Батском университете, отдельные электроны сталкивались с молекулой и реагировали на нее через очень слабый ток. Интересно, что необычные результаты, полученные в ходе одного из этих экспериментов, заметила член команды, физик Кристина Русимова, которая изучала результаты работы в свой выходной день.
«Это были данные довольно стандартного эксперимента. Мы его проводили, так как думали, что больше ничего интересного не осталось — это была просто финальная проверка, — рассказывает Русимова. — Но мои данные выглядели неправильно: все графики должны были подниматься, а они опускались».
Аномалии в итоге привели к открытию: при удержании кончика зонда на расстоянии 600-800 триллионных метра от молекулы электрон отделялся после столкновения в 100 раз быстрее. Это означало, что отдельные молекулы толуола можно контролируемым способом поднять с кремниевой поверхности.
Исследователи считают, что между зондом микроскопа и молекулой создается новое наномасштабное квантовое состояние: появляется новый канал, по которому электрон может путешествовать быстрее, чем по молекуле, и который уменьшает вероятность возникновения реакции. Из этого также следует, что ученые могут сделать эксперимент активным, то есть у них есть возможность контролировать реакции и основывать на них новые работы.
Еще предстоит выяснить, что покажут новые эксперименты и какими будут новые открытия, но это определенно новый и волнующий шаг для физиков. Мы еще многого не знаем о наномасштабной физике, так что ученым пригодятся любые новые инструменты и методы, при помощи которых они смогут манипулировать изучаемыми объектами.
Наука
Владимир Гильен
